Les piles à combustible sont plus efficaces que les centrales électriques conventionnelles, car elles produisent de l'énergie par réaction électrochimique plutôt que par combustion. Elles servent souvent de générateurs de secours lors des pics de consommation et sont également utilisées dans différents modes de transport public. Dans cet article, nous découvrirons à quoi servent les piles à combustible à hydrogène et comment elles fonctionnent.
À quoi servent les piles à combustible à hydrogène ?
Les piles à combustible permettent de produire de l'électricité en combinant des atomes d'hydrogène et d'oxygène. Polyvalentes, ces piles trouvent des applications dans divers secteurs, de l'alimentation des engins spatiaux et des appareils électroniques aux bâtiments domestiques et commerciaux, en passant par les véhicules. Examinons maintenant en détail certaines de leurs principales utilisations.
1. Gestion de l'entrepôt : Plusieurs grandes organisations d’entreposage et de distribution se tournent vers ces piles à combustible pour alimenter des camions, des chariots élévateurs, des transpalettes et d’autres équipements propres.
2. Diffusion internationale : Les piles à combustible offrent l'autonomie et la puissance nécessaires au transport longue distance et à la distribution locale. L'industrie automobile fabrique déjà des semi-remorques et des fourgonnettes à hydrogène.
3. Autobus : L'hydrogène est à l'étude pour être utilisé dans différents modes de transport public, notamment les bus à pile à combustible. Plusieurs grandes villes ont expérimenté des bus à hydrogène, notamment Chicago, Vancouver, Londres et Pékin.
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4. Trains : Les trains à pile à combustible à hydrogène sont désormais arrivés dans la plupart des pays développés.
5. Véhicules individuels : Les principaux constructeurs automobiles travaillent sur des véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène (HFCEV) destinés à un usage personnel. Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo et BMW I Hydrogen Next comptent parmi les modèles les plus remarquables.
6.Aéronautique : Plusieurs projets expérimentaux ont étudié l'utilisation de ces piles à combustible dans l'aérospatiale. Les véhicules sans pilote longue distance utilisé un système hybride avec des piles à combustible qui étaient alimentés par des panneaux solaires, permettant théoriquement un vol continu de jour comme de nuit illimité.
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7. Génération d'énergie de secours : Les piles à combustible stationnaires sont utilisées dans alimentation sans coupure (UPS) systèmes où la disponibilité continue est essentielle. Les hôpitaux et les centres de données se tournent de plus en plus vers l'hydrogène. pour une alimentation électrique sans interruption. Il peut également servir de générateur de secours, ce qui permet au serveur d'un centre de données de fonctionner uniquement avec de l'hydrogène pendant deux jours.
8. Production d'énergie mobile : L'hydrogène offre de nombreuses possibilités pour la production d'énergie mobile. La NASA a produit certaines des premières piles à combustible à hydrogène fusées électriques et navettes spatiales dans l'espace.
9. Véhicules aériens sans pilote (UAV) : De nombreuses applications innovantes des drones (c'est-à-dire des drones), allant de livraison de colis aux missions de recherche et de sauvetage, Les capacités de charge sont fortement limitées par la puissance et l'autonomie des batteries standard. L'armée et les entreprises privées entendent donc remédier à ces problèmes grâce aux piles à combustible.
10. Bateaux et sous-marins : Les piles à combustible sont utilisées dans diverses applications marines, servant d'alternative aux systèmes d'énergie nucléaire. Observateur de l'énergie, le premier navire à hydrogène, a même créé son hydrogène pour un système de pile à combustible utilisant des panneaux solaires et des éoliennes embarqués.
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De quoi sont faites les piles à combustible à hydrogène?
Une pile à combustible est composée de deux électrodes, une une anode et une cathode séparées par une membrane électrolytique. L'hydrogène, le méthane, l'éthane, l'éthanol et d'autres combustibles organiques peuvent être utilisés dans une pile à combustible pour produire de l'électricité. Ces combustibles subissent une combustion incomplète et dégagent de la chaleur comme sous-produit. La plupart de ces réactions sont de nature redox, ce qui entraîne la conversion d'énergie chimique en énergie électrique et la formation d'eau et de dioxyde de carbone comme sous-produits.
Comment fonctionnent les piles à combustible à hydrogène ?
Ces étapes donnent un bref aperçu du fonctionnement d’une pile à combustible :
1. L'hydrogène est introduit à l'anode, et l'oxygène est fourni à la cathode.
2. Dans l’anode, les atomes d’hydrogène sont divisés en protons et en électrons.
3. L'électricité est produite lorsque les électrons traversent un circuit tandis que les protons chargés positivement traversent un électrolyte et une membrane jusqu'à la cathode.
4. Après avoir traversé le circuit et la membrane, les électrons et les protons réagissent avec l'oxygène à la cathode, libérant de la chaleur et de l'eau comme sous-produit.
5. Étant donné que les piles à combustible individuelles ne suffisent pas à alimenter un appareil électronique modeste ou une énorme centrale électrique, ces piles sont empilées ensemble pour générer une énergie adéquate pour l'usage auquel ils sont destinés.
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Comparaison de l'efficacité des piles à combustible à hydrogène selon différents types de cellules
L'espace Efficacité des différents types de piles à combustible sont :
| Type de pile à combustible | Efficacité |
| AFC alcalin | 60-70% électrique |
| Acide phosphorique (PAFC) | 80 à 85 % au total avec cogénération (énergie thermique combinée) ; (électricité 36 à 42 %) |
| Carbonate fondu (MCFC) | environ 85 % au total avec une puissance thermique combinée |
| Oxyde solide (SOFC) | environ 85 % au total avec une puissance thermique combinée |
| Membrane électrolytique polymère (PEM) | électrique 50-60% |
Les piles à combustible sont similaires aux batteries : elles peuvent stocker et restituer de l'énergie à condition de disposer d'un apport d'hydrogène. Leurs applications sont variées, notamment dans les transports et la production d'électricité. Cependant, les scientifiques et les ingénieurs doivent tenir compte des défis de sécurité liés à l'hydrogène. Pour plus d'informations, consultez notre site web.
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